闲聊——漫谈“垂直起降”战机的演进

一提到“垂直起降”战斗机,最其令人目眩神迷恐怕就是其“特立独行”的起飞与降落方式。

目前,“垂直起降”的“升力与推力”(简称,升推方案)共经历三次演变,从“升推一体”到“升推分离”,从“专用的升力发动机”到“对转两级风扇”,从“鹞式”到雅克38,从雅克141到F35B的成功首飞,整个跨度超过40年,每一次演变的过程都是针对前者“方案”的思考与技术创新。

“垂直起降”的升推方案“升推一体”模式,代表产品为“鹞式”战斗机。“鹞式”战斗机通过一台发动机与前后各两组可旋转的“高速气流喷射排气口”,组成小四边形状态的“四点对称式”升力布局,实现“垂直升力与巡航推力”之间的转换过程。

“升推一体”模式的优点是:结构紧凑、机械构造简单、辅助系统重量交轻,在某些特定条件下可实现“垂直起飞。其缺点是:只能实现亚音速飞行,垂直起降油耗极高(一次垂直起降会消耗掉近三分之一的油耗),低空悬停状态,发动机容易吸入自身“热流”,造成发动机的“喘振”,甚至机毁人亡……

“升推分离”模式是对“升推一体”模式的一次重要技术演进,其思路是将“升力”与“巡航推力”分别通过不同的发动机来实现,这样能够很好的解决“升推一体”模式下,单台发动机推力不足的问题。

雅克38利用两台RD36-35FV发动机作为“垂直起降专用升力发动机”,替代“鹞式”战机前端两组“高速气流喷射排气口”,并利用一台R-27-V300常规推力发动机,作为巡航推力的主要动力输出。

雅克38通过前端纵向两点与后端横向两点组成小三角形升力布局,相较于“鹞式”除了垂直起降的飞行性能要稍好一些,其他的缺点一应俱全。雅克38通过专用升力发动机与带有转向喷管的巡航(升力)发动机结构模式,可以拥有更好的推重比,但缺点是专用的升力发动机使用寿命很短,仰角稍大就影响升力发动机使用效能。因此,雅克38利用滑越式甲板起飞的性能很差,过于强调“垂直起降”性能,也成为“禁锢”雅克38进一步发展的误区……

雅克141是在雅克38基础上发展而来,沿用雅克38的“升推分离”方案,但随着前苏联的解体,雅克141项目也走入死亡。雅克141采用两台升力发动机R-79与一台推力发动机RD41相结合的模式,最大的改进是尾喷管由雅克38的两组,演变成单组,形成前两点,后一点的纵向轴对称升力布局,为了实现升力平衡,雅克141的尾喷管最大旋转可达到110°夹角。单看雅克141尾喷管的旋转模式,极易让人联想到F35B的尾喷管旋转状态。

雅克141是世界上第一架可以超音速飞行的“垂直起降”战斗机。其体型比雅克38大得多,载油量与载弹量相较于雅克38都有不小的改观,航电系统水平与米格29相当。由此可见,雅克141如能服役绝对要比“鹞式”的战力强很多……

美国F35B战机的“升推”方案,应该是“升推一体”与“升推分离”相互借鉴、相互结合的产物。美国通过对“鹞式”与雅克141“升推”方案的深入研究,总体上以“升推一体”为核心理念,保留“四点对称”升力布局的设计思路,但横向两点与纵向两点拉开的距离相对较远,组成菱形四边形布局,这将有效的避免“热流”吸入,导致发动机“喘振”的问题。F35B也借鉴“升推分离”模式的理念,利用“对转两级风扇”替代“专用升力发动机”,这样实现一台发动机为作为“升推”动力的总输出。

F35B尾部喷管则借鉴雅克141尾部喷管的设计思路,采用大弯角旋转设计,作为“垂直起降”时,尾部“升力”补充。由于F35B借鉴了“鹞式”升力的成熟方案,在机翼两侧保留了“高速射流排气喷管”与发动机直接连接,因此,F35B尾部喷管其弯曲角度只要达到65°左右就能满足“短距起降”的作战要求。前部的“对转两级风扇”与发动机通过类似轴机构链接,实现高速旋转,以此获取“升力”,因此,相较于两台“专用升力发动机”油耗与重量都要低得多美国在研制F35B之前,对“升推一体”、“升推分离”的优缺点进行长达十多年的科学、严谨的论证与试验。最终为F35B搭建以“升推一体”为主体理念、以“升推分离”为辅助的“混搭模式”。

F35B的“混搭模式”基本解决“热流吸入”引发的“发动机喘振”问题,以及“垂直起降”模式起飞油耗高,作战半径难以突破200公里的窘境。在载弹量方面,F35B垂直起降模式下,也能达到2吨的弹药有效载荷(可以称得上创举)。

F35B的起飞平台主要设定为小型航母或者拥有直通甲板的两栖攻击舰,因此,强调短距起降能力为主,垂直起降能力为辅,没有像雅克38、雅克141那样,过于追求“垂直起降”,而误入歧途。F35B在“短距起降”模式下,只需要125米的滑跑既能完成重载起飞,这一能力让F35B在特殊条件下,可以在针对甲板进行稍加改装的大型集装箱货轮或者油轮上完成起飞专场作业,这对提升F35B针对滩头的火力投送与持续支援能力极为重要。

F35B在尽可能保证隐身的前提下,在航电、信息共享与被动光电感知方面也可谓煞费苦心,在数字化、信息化作战的综合能力上,甚至超过F22。F35B相较于“鹞式”、雅克38、雅克141在综合作战能力方面已经产生质的飞跃,短距起降的F35B最大可携带6吨弹药,如果只挂在2吨弹药,其最大作战半径将接近800公里。

由此可见,中国的“小平顶”未必需要“垂直起降”战机,但具备F35B那种“短距起降”能力的战机,却是多多益善。